Traductoare de nivel

Traductoare de nivel

Masurarea nivelului in recipienti este foarte importanta pentru multe procese tehnologice si pentru evaluarea stocurilor existente.

In procesul de masurare a nivelului pot aparea o serie de probleme specifice ca, de exemplu: vase speciale sub presiune sau la temperaturi inalte, prezenta spumei la suprafata exterioara sau a turbulentelor, corozivitatea substantelor folosite etc. Aceste probleme se rezolva prin solutii constructive adecvate.

Metodele de masurare a nivelului au la baza masurarea altor marimi si pot fi:

     continue cand se urmareste in permanenta masurarea nivelului prin intermediul lungimii coloanei de substanta

     discontinue cand se urmareste masurarea nivelului intre anumite limite, de obicei minime si maxime.

     directe, caz in care se masoara lungimea (inaltimea) efectiva a coloanei de substanta

     indirecte daca nivelul se determina cu ajutorul unor marimi intermediaare (presiune, masa, parametri ai circuitelor electrice, atenuarea unei radiatii etc.).

Cele mai simple nivelmetre utilizate sunt:

     nivelmetre cu sticle cilindrice sau prismatice ce se monteaza pe conducta in paralel cu rezervorul (recipientul) al carui nivel se masoara

    nivelmetre cu plutitor magnetic

Nivelmetre bazate pe proprietatile electrice de material

Luand in considerare faptul ca materialele al caror nivel se masoara pot sa fie dielectrice sau conductoare, rezulta ca metodele de masurare a nivelului difera.

Pentru materialele dielectrice se folosesc in mod uzual traductoare de nivel capacitive, prezentate in schema principiala din figura de mai jos.

In vasul metalic - 1, in care se gaseste lichidul - 2, se plaseaza un electrod metalic - 3 care, in unele cazuri este izolat cu teflon - 4.

Daca vom nota cu h inaltimea vasului si cu y inaltimea lichidului, intre electrodul central si vas vom avea capacitatea totala data de:

(6.4.1)

unde C₀ reprezinta capacitatea totala a ansamblului, fara lichid.

Aceasta metoda poate fi aplicata in cazul lichidelor sau pulberilor dielectrice daca ε_r > 2, variatia de capacitate fiind de 10 - 100 pF.

Sursa principala de erori in acest caz, o constituie modificarea permitivitatii dielectrice cu temperatura, deficienta ce poate fi inlaturata prin utilizarea de metode de compensare adecvate.

Pentru cazul materialelor conductoare, cu o conductibilitate σ > 10^-2 S/m, se pot folosi nivelmetre rezistive, principiul functional al acestora fiind prezentat in figura de mai jos. Astfel, in vasul - 1 ce contine lichidul - 2, se plaseaza rezistorul R .

Lichidul conductor va sunta o portiune a rezistorului R astfel ca rezistenta totala din circuit va fi:

(6.4.2)             

unde r(y) reprezinta rezistenta ehivalenta a lichidului.

Principalul dezavantaj al acestor dispozitive deriva din faptul ca temperatura si natura lichidului influenteaza conductibiliatea σ, fenomen ce poate fi ameliorat utilizand un nivelmetru cu rezistor cu banda elastica, cu schema de principiu din figura urmatoare, in care rezistenta bobinata - 1 se introduce intr-o banda elastica buna conductoare - 2 ce se va deforma sub actiunea presiunii lichidului - 3.

Metodele descrise pot masura nivele pana la 1-2m, cu precizii relativ bune.

Industrial se utilizeaza teleindicatorul de nivel cu traductor rezistiv tip TNTR - 2, care este un dispozitiv ce permite transmiterea la distanta a nivelului lichidelor corosive si necorosive, neinflamabile, bune conducatoare de electricitate, depozitate in rezervoare.

Ansamblul dispozitivului este prezentat in figura de mai sus, unde: 1- scripete;   2 - detaliu de fixare; 3 - cablu de sustinere; 4 - rezistente; 5 - lant de rezistente (traductor rezistiv); 6 - greutate; 7 - tija impamantare; 8 - teleindicator.

Domeniul de masurare al dispozitivului este de 1,5 - 10 m, in trepte normalizate de 0,5 m, iar numarul de nivele intermediare total, indiferent de lungimea traductorului este de 40, scala fiind gradata in 40 de diviziuni de la 0% la 100%.

Cand nivelul de lichid este sub minim, rezistenta dintre lantul traductor si elementul de referinta este infinita.

Astfel, in circuitul traductorului intervine doar rezistenta ce realizeaza pasul de zero, circuitul de masurare avand un curent de 2 mA ce se regleaza cu un potentiometru de pe aparat.

Scala aparatului este etalonata astfel ca la indicatia 0% sa corespunda 2 mA, iar la 100% sa corespunda 10 mA.

Distanta dintre traductor si aparatul indicator nu poate depasi 10 m, deoarece in circuitul traductorului, curentul alternativ foarte mic (16 mA) este influentat de perturbatiile externe.

Pentru a nu influenta masuratorile, conductorul de legatura traductor - aparat trebuie sa aiba o rezistenta electrica sub 30 ohmi.

In serie cu teleindicatorul se poate monta un aparat auxiliar (mA) daca e necesara o teleindicare mai mare de 10 m.

Deoarece in circuitul de indicare se lucreaza cu curent continuu, influenta perturbatiilor fiind mai mica, distanta de teleindicare este impusa de rezistenta maxima a liniei de transmisie ce nu trebuie sa depaseasca 500 ohmi.

Nivelmetre bazate pe fota arhimedica

Functionarea acestor traductoare fiind bazata pe forta arhimedica, pot fi utilizate numai pentru lichide;

Se construiesc in variantele :

Traductoare cu plutitor

Traductoare cu imersor

Traductorul de nivel cu plutitor

Schema de principiu, constructie si functionare:

La utilizarea traductorului cu plutitor nu este necesara cunoasterea densitatii lichidului.

Acest tip de traductor poate fi utilizat si la masurarea nivelului unor pulberi sau granule, urmarindu-se tensiunea din firul de suspendare si prin dispozitive speciale, mentinand constanta aceasta tensiune.

In cazul substantelor sub forma de pulbere sau granule, determinarea nivelului are drept scop determinarea masei de substanta: pentru aceasta se recurge la cantarirea recipientului cu tot continutul sau. Masa de substanta este egala cu diferenta dintre masa masurata si masa recipientului.

Traductorul de nivel cu imersor

Schema de principiu, constructie si functionare:

Functioneaza strict pe baza fortei arhimedice

Pentru traductorul cu imersor, este necesar sa se stie valoarea densitatii lichidului.

La echilibru se poate scrie:

Se poate adapta foarte usor la un traductor de tipul balanta de forte, metoda fiind aplicabila daca se cunoaste densitatea lichidului, principalele erori fiind date de dependenta de temperatura a densitatii, aceste erori putand fi compensate.

Nivelmetre cu radiatii

Metodele de masurare a nivelului cu ajutorul radiatiilor sunt foarte avantajoase pe motivul ca nu exista un contact intre material si dispozitivul de masurare.

Aceste metode se pot folosi la masurarea nivelului in buncarele de alimentare din metalurgie, in conditii speciale ca: recipiente sub presiune la temperaturi ridicate, medii deosebit de corozive sau toxice, medii inflamabile etc.

In functie de natura radiatiilor, nivelmetrele pot fi :

     cu ultrasunete,

     cu microunde

     cu radiatii nucleare.

Traductoare de nivel cu ultrasunete

Sunt realizate in variantele :

     cu unda continua (daca traductorul cu ultrasunete funtioneaza continuu)

     in impuls.

Ambele variante pot folosi :

     metoda prin transmisie, cand in mod obligatoriu se folosesc doua traductoare,

     metoda prin reflexie, caz in care acelasi traductor indeplineste atat rolul de emitator cat si de receptor.

In practica, deoarece determinarea nivelului se face cu ajutorul vitezei de propagare a ultrasunetelor ce depinde de temperatura, e necesar sa se prevada circuite de corectie a acesteia in functie de temperatura cu ajutorul unor convertoare tensiune - frecventa.

Domeniul de masurare al acestor traductoare este intre 10 - 30 m, la frecvente de lucru intre 20 - 40 mHz, cu erori de masurare sub 1%.

Traductoare de nivel cu microunde

Functioneaza pe principiul reflexiei microundelor de catre materialele conductoare si atenuarii acestora de catre materialele dielectrice.

In cazul unor conditii speciale (temperaturi ridicate, medii corozive, periculoase etc.) masurarea nivelului se efectueaza fara a interveni asupra recipientului - adica fara contact - apeland la ultrasunete sau microunde.

Principiul de functionare a traductorului de nivel cu microunde este reprezentat in schema urmatoare:

In cazul materialelor conductoare, emitatorul de microunde E va transmite cu ajutorul antenei de emisie AE un fascicul de microunde spre lichidul conductor din recipient.

Prin reflexie, acesta este captat de antena de receptie AR si transmis receptorului R, timpul de tranzit al impulsului fiind o masura a distantei pana la suprafata de separare, deci timpul intre emisia si receptia microundelor, respectiv atenuarea acestora, reprezinta o masura a distantei pana la suprafata de separare intre lichid si aer.

Tinand cont ca viteza de propagare este foarte mare (viteza luminii), intervalul de timp masurat este mic, ceea ce face ca erorile de masura sa nu poata fi reduse sub 1 - 2%.

Nivelmetre cu radiatii nucleare

Functional, se bazeaza pe principiul de atenuare a radiatiilor nucleare de catre pulberi sau lichide, utilizand de obicei ca substante radioactive pe cele generatoare de radiatii γ ca: ⁶⁰Co, cu perioada de injumatatire de 5,3 ani si ¹³⁷Ca, cu perioada de injumatatire de 33 ani.

Ca si traductoarele cu ultrasunete, traductoarele cu radiatii nucleare pot fi realizate si in variante de urmarire automata a nivelului, una din schemele principiale putandu-se realiza dupa figura de mai jos :

Pe recipientul cu lichid se plaseaza traductorul emitator E si traductorul receptor R, primul fiind comandat de oscilatorul O si transmitand un fascicul de ultrasunete prin lichid (cu atenuare mica) sau prin aer (cu atenuare mare).

Semnalul receptionat de R este amplificat prin A si se aplica detectorului de prag DP. Cu ajutorul unui amplificator de putere AP si servomotorului SM se da comanda de deplasare simultana a celor doua traductoare in asa fel incat acestea sa ramana in zona de separare aer - lichid.

Cu precizarea ca metoda este avantajoasa in cazul unor recipiente cu acces numai din exterior, dificultatile constructive fiind legate de realizarea partii mecanice, trebuie retinut ca ultrasunetele se pot folosi numai in cazul lichidelor, iar radiatiile nucleare se pot utiliza pentru orice fel de substante, in acest caz receptorul fiind un contor de radiatii, emitatorul fiind sursa radioactiva.

Traductorul de nivel submersibil tip MPU

Este executat de firma RITTMEYER pentru apa din rezervoare, lacuri, rauri, reprezinta o serie de traductoare alimentate din bucla de semnal unificat 4 - 20 mA.

Nivelul este determinat pe baza presiunii masurate cu un senzor realizat dintr-un cristal de siliciu care asigura o liniaritate si stabilitate in timp foarte bune.

Aceasta serie de traductoare este proiectata special pentru masurarea nivelului in lacuri, bazine, puturi, fiind destinata hidroenergeticii, instalatiilor de tratare a apei reziduale etc., cu domeniul de masura de pana la 20 m coloana apa, existand modele asemanatoare pana la 200 m cu o precizie de masura de pana la 0,015%.

Traductorul de nivel tip RADAR  

Varianta ECLIPSE, este realizata cu ghid de unda (GWR), alimentat din bucla

Spre deosebire de traductoarele de nivel cu radar conventionale, care transmit semnalul electromagnetic in aer liber, traductorul ECLIPSE utilizeaza pentru semnal un ghid de unda introdus in fluidul de masurat, reducandu-se in acest fel fenomenul de absorbtie, respectiv distorsiunile determinate de natura fluidului si conditiile tehnologice (spuma, turbulenta, vapori, densitate etc.)

Cracteristicile tehnice principale sunt: gama de masura 610 . 6100 mm (cu sonda rigida) sau 1 . 15 m (cu sonda flexibila), precizia 0,1%, respectiv 0,5% din lungimea sondei, rezolutia ±2,5 mm, presiunea de lucru, maxim 345 bari, temperatura de operare, maxim 200⁰C.

Se utilizeaza pentru masurarea nivelului lichidelor omogene sau neomogene